进入新世纪已经20多年,科技的发展日新月异,而科技作为根本性的决定力量,关键是推动自主创新。近年来,随着化工技术的发展,科研人员用化学方法合成了很多有用的物质,为人们的物质生活提供了极大的便利。随着我国“碳中和”和“碳达峰”战略的提出,在此“双碳”的背景下,化工产业如何走向绿色低碳节能减排、保护生态环境的可持续发展,已成为众多科研人员需要思考和致力解决的问题。
山东省泰山学者青年专家、青岛科技大学化工学院副院长、博士生导师崔培哲教授,主要研究方向正是化工系统工程、化工过程模拟与优化,目前主要从事高附加值精细化学品连续化改造、精馏过程强化及智能化等方面的研究工作。崔培哲研发了一系列清洁生产与过程强化技术,同时,他将其研究成果积极推广应用于精细化学品行业,实现了科技成果的转化和企业产业升级,取得了显著的经济、社会和环境效益,对于产学研深度融合,推动化工产业发展,以及为国计民生做出了重大贡献。
情系化工 积极创新
崔培哲是一名“八零后”,2014年,在青岛科技大学结束了本科和硕士阶段的他,考入了华南理工大学攻读化学工程博士。三年后,崔培哲顺利取得博士学位,又回到了自己的母校从事教学和科研工作,他完成了自己科研人生的一个完美闭环。
化工行业是国民经济的基础产业和重要支柱,关系国计民生,地位举足轻重。作为长期从事化工清洁生产技术、废弃物资源化等方面研究的科研人员,崔培哲在过程强化、节能减排应用技术开发方面取得了显著成就,积累了丰富的工程经验,打造了过硬的工程技术能力。
2018年,崔培哲获批国家自然科学基金青年基金项目,2021年获批国家自然科学基金面上项目,截至目前先后参与国家自然科学基金重点项目2项、科技部重点研发计划1项、主持或参与企业横向项目16余项,作为项目主要完成人还参与了省部级重大/重点科技创新工程等项目多项,取得了一系列创新性科研成果。
在萃取精馏溶剂多尺度筛选策略及工艺优化研究中,崔培哲实现了萃取精馏分离溶剂的智能化高效筛选,使分离过程中的能耗降低;结合量子化学计算与人工神经网络模型,建立三元萃取精馏混合溶剂预测模型,实现了溶剂的准确高效筛选;他还构建了共沸体系分离优化模型与集成强化机制,建立非支配排序遗传算法架构,实现了工艺操作参数多目标同时优化,得到兼顾经济和环境效益的工艺方案;揭示了两塔塔板能量流之间的热效应,阐明了能量流之间热交换的规律,实现了多塔之间热量耦合和热交换处理。
在反应精馏工艺研究中,崔培哲针对酯化/醚化/水解等反应过程容易受到反应平衡限制的现状,创新了反应精馏过程强化机制与合成工艺,建立一种基于体系热力学和反应动力学的过程设计方法,实现了宏观尺度上的反应精馏耦合的调控与优化。并通过揭示反应精馏系统过程强化机制,深入研究了多因素协同调控物质合成及分离多模块耦合工艺强化过程,使工艺的反应效率提高,能耗降低,进而实现了精细化学领域合成分离过程的微观分析及优化。
此外,崔培哲还开发出混合溶剂组成-经济与环境模型,揭示了溶剂比例与工艺分离性能与能耗的作用关系。改进深度学习随机森林算法,明确了溶剂热力学性质在溶剂筛选中的权重问题。采用量化分析工具,阐明新型溶剂与待分离物系的作用机制,构建了微观结构-宏观性质-萃取性能关联模型。
迄今,崔培哲已发表SCI论文156篇,第一作者或通讯作者28篇,其中包括JCR-I区SCI论文16篇,分别发表于AICHE Journal、Chemical Engineering Science、Industrial & Engineering Chemistry Research等国内外化工类高水平学术期刊,共申请发明专利68件,现已授权16件,其中美国授权专利2件。
服务企业 创造价值
为了推动科技成果转化,崔培哲始终坚持产学研相融合的理念,让技术走向社会、走进企业,产生真正的价值。近年来,崔培哲对化工过程中应用广泛的精馏过程开展深入研究,凭借他独到的理解,对多元共沸物的分离过程进行了长期研究和全面深入的思考,构建了萃取精馏混合溶剂筛选和预测控制模型,取得了一系列科研成果。
目前,崔培哲研究的特殊精馏系列研究成果已经成功应用于山东新华制药股份有限公司、京博农化科技有限公司、中国石油化工集团公司、万华化学集团股份有限公司等国内10余家化工企业,创造经济效益数10亿元,同时,对于促进化工行业的可持续健康发展等方面的社会效益十分显著。相关共性技术应用于精细化工行业,对化工实际生产过程提质增效、节能降耗具有重要意义。
1962年,英国化学家斯图尔特·亚当斯发明了布洛芬,缓解了无数人的痛苦。一直以来,缩酮是生产布洛芬的重要中间化学品,缩酮化作为布洛芬生产的控制步骤,制约了布洛芬的生产周期,限制了布洛芬的产能。因此亟需对缩酮工艺进行改进,以缩短反应时间,提高生产效率,以最小的投资大幅度提高布洛芬的产能。
崔培哲在集混合、反应、分离于一体的连续化环流反应技术与装置研究,授权了发明专利5件。其研究成果应用于布洛芬的合成领域,克服了此前的技术中缺点,提出了一种利用反应精馏装置缩短布洛芬合成工艺中缩酮化反应时间的方法,其工艺简单、易于实现,极大缩短了布洛芬合成工艺中缩酮化反应时间,可将布洛芬原料药的生产周期减半、产能翻倍。现已在山东新华制药股份有限公司、淄博新华-百利高制药有限责任公司等企业取得了显著的经济和社会效益,近两年累计销售额为35.86亿元,利润为10.01亿元,税收为1.71亿元。通过中国化工学会组织的由韩布兴、谢克昌两位院士参加的成果鉴定,认定“该成果创新性强,拥有自主知识产权,总体技术处于国际领先水平”。相关成果“一种缩短布洛芬合成工艺缩酮化反应时间的装置及方法”和“布洛芬清洁高效生产关键技术及其产业化”分别获得中国专利优秀奖和中国化工学会科技进步一等奖。
此外,崔培哲将复杂高能耗精细化工特殊精馏跨尺度过程强化与智能优化项目的关键技术已产业化应用于山东新华制药股份有限公司、青岛海力加化学新材料有限公司、淄博齐翔腾达化工股份有限公司等企业。近三年累计新增销售额25.9亿元,累计新增利润10.2亿元。在降低能耗,减少环境污染,促进化工行业可持续健康发展等方面的社会效益十分显著。崔培哲研究的新型优化方法优化耗时仅为传统序贯迭代法的1/15,启发式优化法的1/9;明确了工艺过程产品品质和能耗的关键调控参数,产物纯度提高了3%以上,副产物的含量由5%以上降至2%以下,实现了节能降耗、减排和节省投资的目标。
因其创新的科研成果和突出的贡献,崔培哲多次获得省部级奖励,技术创新成果“基于产业基础技术创新的高品质布洛芬制备与规模化生产”获山东省科学技术进步一等奖;“原料药生产过程中多元共沸物的连续化热集成分离与精密控制技术”获山东省技术发明二等奖;“布洛芬清洁高效生产关键技术及其产业化”获中国化工学会科技进步一等奖;“一种缩短布洛芬合成工艺缩酮化反应时间的装置及方法”获第十九届中国专利优秀奖。
对于崔培哲而言,鲜花与荣誉既是对他科研成果的肯定,亦是对他未来科研创新前行的鞭策。“没有比脚更长的路,没有比人更高的山”,崔培哲专注于清洁化工生产和化工过程强化领域的科研工作,牢牢把握“学思想、强党性、重实践、建新功”的总要求,他将继续怀着满腔的热血不懈奋斗、开拓创新,勇立潮头、逐梦未来,用更多新成果抒写中国绿色化工产业发展的宏大篇章。(文/张丽丽)
